A1型星形胶质细胞：治疗神经退行性和神经炎性疾病的新靶点

许威 彭涛 曾梦柳

1华中科技大学同济医学院附属协和医院胰腺外科（武汉 430022）；2武汉大学中南医院医学科学研究中心（武汉 430071）；3武汉大学模式动物研究所（武汉 430071）

历史上研究者一直认为神经元本身的变化是导致神经退行性、发作性等疾病的主要原因。然而，这种以神经元为中心的观点正逐渐受到质疑，研究者认为大脑中的非神经元细胞（如星形胶质细胞）在健康或疾病状态下都不是旁观者。星形胶质细胞是成人中枢神经系统（central nervous system，CNS）中最丰富的细胞类型，在维持CNS 的正常功能中发挥着重要作用。为了应对CNS 损伤、神经退行性变和感染等，星形胶质细胞会发生反应性增生。在损伤早期，包括脊髓损伤（spinal cord injury，SCI）和实验性自身免疫性脑脊髓炎（experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE）中，星形胶质细胞的缺陷与更坏的临床结果、神经炎症、血脑屏障（blood brain barrier，BBB）的破坏和神经元死亡有关［1］；另一方面，在慢性CNS 炎症期间，星形胶质细胞促进炎症和神经退行性变［2］。因此，反应性星形胶质细胞可能是有益的，也可能是有害的。

为了阐明星形胶质细胞的多样性，研究者采用定量基因组分析来描述各种CNS 疾病中星形胶质细胞的基因表达谱。ZAMANIAN 等［3］发现全身脂多糖注射和大脑中动脉闭塞诱导了两种不同类型的反应性星形胶质细胞，现在分别被称为A1 和A2 型星形胶质细胞［4］。A1 型星形胶质细胞失去了许多正常功能，如维持突触，并上调了许多已被证明对突触有害的基因；相反，A2 型星形胶质细胞上调神经营养因子或抗炎基因，促进神经元的生存和生长［4］。因此，A1 型星形胶质细胞可能是一种潜在的有害表型，而A2 型星形胶质细胞可能具有保护作用。

近年来，在动物及人类样本中，研究者们发现在正常衰老［5］、SCI［6］、创伤性脑损伤（traumatic brain injury，TBI）［7］、癫痫［8-9］、卒中［10］和神经退行性疾病（如阿尔兹海默病（alzheimer′s disease，AD）［11-12］、帕金森氏病（parkinson′s disease，PD）［13］、亨廷顿氏病（huntington′s disease，HD）［14］、EAE［15］）等疾病过程中都伴随着星形胶质细胞的A1 型极化。赵静等［16］的研究表明，A1 型星形胶质细胞的线粒体呼吸功能并未发生显著变化，但其糖酵解功能显著降低。星形胶质细胞糖酵解活性的降低会减少乳酸释放，而乳酸作为神经元的主要能量来源，是维持神经元活动所必须的［17］。因此，星形胶质细胞的这种转化可能是各种CNS 疾病中神经元损伤的重要机制。此外，星形胶质细胞在疾病的不同阶段可能表现出不同的细胞亚型。刘太聪等［18］认为通过各种手段抑制A1 型星形胶质细胞的产生、星形胶质细胞移植或星形胶质细胞的基因疗法可以为CNS 疾病提供新的治疗思路。本文基于反应性星形胶质细胞的双重作用，着重讨论星形胶质细胞A1 型极化的分子机制以及其在CNS 疾病的发生发展和疾病修复过程中的作用。

1 星形胶质细胞A1 型极化的分子机制

LIDDELOW 等［4］在2017 年首次揭示了反应性星形胶质细胞可以分为具有神经毒性的A1 型和神经保护作用的A2 型，A1 型是由活化的小胶质细胞释放的IL-1α、TNF-α 和C1q 诱导的。近年来，研究人员陆续发现其它刺激也可诱导星形胶质细胞向A1 型极化，而这些刺激因素多数是通过激活小胶质细胞及其核转录因子（nuclear factor kappa B，NFκB）和NOD 样受体蛋白3（nod-like receptor protein 3，NLRP3）信号通路，产生ROS，并分泌促炎介质，从而导致星形胶质细胞向A1 型极化。例如，过表达血小板CD40 配体激活NFκB 信号通路并促进小胶质细胞向M1 型转化、星形胶质细胞向A1 型极化［19］。胆红素通过激活NFκB 和caspase-1信号通路促进炎性细胞因子IL-1β 和IL-18 的释放，增加补体3（complement 3，C3）的表达，从而诱导星形胶质细胞向A1 型极化［20］。在抑郁症和EAE 小鼠中，小胶质细胞的NF-κB 通路和NLRP3炎性小体激活，促进A1 诱导因子IL-1α、TNF-α、C1q［21］和IL-18［15］的分泌，导致星形胶质细胞的A1型极化。

其他非小胶质细胞相关的因素也能诱导星形胶质细胞的A1 型极化。激活的内皮细胞能够诱导A1 型星形胶质细胞，这种细胞表现出独特的细胞外基质重塑特征，并具有吞噬功能［22］。三甲基锡通过诱导星形胶质细胞Ca2+内流增加，导致线粒体膜去极化，并增加ROS 和NOS 的产生，导致星形胶质细胞的A1 型极化［23］。此外，环状RNA cir⁃cIgf1r 通过抑制自噬促进星形胶质细胞向A1 型极化［8］。

因此，星形胶质细胞A1 型极化是一个复杂的过程，其分子机制包括小胶质细胞和非小胶质细胞相关的因素。

2 A1 型星形胶质细胞促进癫痫的发生和发展

研究表明［8-9，24］，在癫痫患者和多种癫痫模型小鼠脑内均存在A1 型星形胶质细胞。在癫痫持续状态小鼠中，circIgf1r 上调，星形胶质细胞A1 型极化；体内抑制星形胶质细胞向A1 型极化能够减轻癫痫的严重程度以及神经元损伤［8］。A1 型星形胶质细胞通过分泌细胞因子从而导致神经元的毒性损伤［8，24-25］，其中以C3 为主［25］。A1 型星形胶质细胞释放的C3 通过激活其在神经元上的受体C3aR 来直接调节神经元的活动、破坏树突形态和胶质细胞-神经元信号网络功能［26］，加重癫痫后的神经元损伤［25］。此外，在癫痫小鼠脑内，A1 型星形胶质细胞还可以分泌大量CXCL10，并通过CXCL10/CXCR3 轴促进癫痫中的神经元铁死亡［9］。通过各种手段减少星形胶质细胞的A1 型极化可以改善癫痫的严重程度以及癫痫后的神经元损伤。因此，A1 型星形胶质细胞有望成为癫痫治疗的靶点。

3 A1 型星形胶质细胞促进卒中损伤

A1 型星形胶质细胞促进了卒中的病理进程，抑制星形胶质细胞的A1 型极化可以改善卒中后的神经功能［27-29］。小鼠脑缺血/再灌注（ischemia/reperfusion，I/R）损伤促进了海马组织中A1 和A2型星形胶质细胞的增殖；而使用药物促进星形胶质细胞由A1 型向A2 型转化，改善I/R 损伤及氧-葡萄糖剥夺/再氧（oxygen glucose deprivation/reoxy⁃genation，OGD/R）诱导的星形胶质细胞损伤［27］。在短暂性大脑中动脉闭塞（transient middle cere⁃bral artery occlusion，tMCAO）小鼠模型中，抑制A1型星形胶质细胞极化能够减少梗死体积，改善小鼠的神经功能［28］。在小鼠MACO/R 和星形胶质细胞OGD/R 模型中，抑制星形胶质细胞向A1 型极化，能够发挥神经保护作用［29］。

卒中后BBB 被破坏，从而导致脑损伤和随后的神经功能损害。在脑卒中期间，A1 型星形胶质细胞通过扩大炎症损伤和可溶性因子的分泌来加速BBB 的破坏。一方面，A1 型星形胶质细胞通过增加VEGF、细胞因子、趋化因子、MMP 和LCN-2直接对BBB 产生有害影响；另一方面，A1 型星形胶质细胞还产生可溶性因子来激活小胶质细胞并招募外周免疫细胞，间接增强炎症诱导的BBB 破坏［30］。卒中后，星形胶质细胞发生A1 型极化，从而促进卒中后BBB 的损伤；而阻断A1 型星形胶质细胞极化减轻了BBB 的破坏［31］。因此，A1 型星形胶质细胞促进了卒中过程中的脑损伤，包括增加梗死体积、扩大炎症损伤、增加BBB 的破坏等；而抑制星形胶质细胞的A1 型极化可以减少炎症损伤和BBB 的破坏，从而改善神经功能。

4 A1 型星形胶质细胞与抑郁症

A1 型星形胶质细胞与LPS 和急性应激诱导的抑郁样行为及认知功能障碍有关［32-33］，通过抑制星形胶质细胞的A1 型极化，可以缓解抑郁样行为［32］。A1 型星形胶质细胞可以降低神经元活性；而富含槲皮素的饮食显著增强了内侧前额皮质（medial prefrontal cortical，mPFC）和海马的神经元活性，并通过抑制A1 型星形胶质细胞来改善小鼠的抑郁样行为［33］。在慢性社会失败应激（chronic social defeat stress，CSDS）小鼠的mPFC 和海马中，星形胶质细胞表现为A1 型，且mPFC 和海马中神经元的活动被显著抑制；抑制A1 型星形胶质细胞可以改善CSDS 小鼠的抑郁样行为［34］。在慢性轻度应激抑郁症小鼠模型中，小胶质细胞的NF-kB通路激活NLRP3 炎性小体，诱导A1 型星形胶质细胞的产生，最终导致神经元功能障碍［21］。以上研究表明，通过靶向A1 型星形胶质细胞有望成为治疗抑郁症的潜在治疗策略。

5 A1 型星形胶质细胞与TBI 和SCI

CLARKD 等［7］发现在TBI 后的成年大鼠的脑与异体移植物中，A1 型星形胶质细胞在损伤皮层中显著增加，并表现出更复杂的树突模式。17β-雌二醇通过抑制小胶质细胞的激活，减少星形胶质细胞的A1 型极化，从而缓解TBI 后的损伤［35］。利拉鲁肽在TBI 后调控小胶质细胞炎症，抑制A1型星形胶质细胞生成，从而改善TBI 后的神经功能恢复［36］。

在SCI 后，A1 型星形胶质细胞主要在损伤部位和颅骨深度表达［6］。miR-21a-5p 通过促进星形胶质细胞A1 型极化，从而导致SCI 后的炎症［37］。外泌体通过抑制SCI 诱导的A1 型星形胶质细胞激活，发挥抗炎和神经保护作用［38-39］，缓解SCI 引起的神经元凋亡和轴突损伤［6］，促进SCI 后的功能恢复。通过纳米凝胶结构将抗炎药物注入SCI 部位可抑制A1 型星形胶质细胞的激活，恢复神经功能［40］。此外，将未成熟的星形胶质细胞移植到大鼠SCI 部位也可以改善神经功能［41］。尽管到目前为止关于A1 型星形胶质细胞与TBI 和SCI 的研究还较少，但已有的研究提示A1 型星形胶质细胞与TBI 和SCI 后的损伤密切相关，因此A1 型星形胶质细胞是TBI 和SCI 的一个新的研究方向，有望成为其治疗靶点。

6 A1 型星形胶质细胞促进神经退行性疾病的发生和发展

A1 型星形胶质细胞在AD、HD、PD、MS 和ALS等患者的病变组织中被证实［4］。在神经退行性疾病中，小胶质细胞释放的线粒体碎片可以激活A1型星形胶质细胞并将神经炎症传播下去，最终导致神经退行性变。

6.1 A1 型星形胶质细胞与AD GRIMALDI［11］表明，A1 型星形胶质细胞围绕淀粉样斑块并分泌炎性细胞因子，从而导致AD 的发病和进展。AD 患者的视网膜中星形胶质细胞增多，且AD 患者视网膜中的A1 型星形胶质细胞激活和蛋白质聚集有望作为AD 早期诊断的生物标志物。A1 型星形胶质细胞释放的D-丝氨酸与含GluN2B 的突触外N-甲基-D-天冬氨酸受体结合，从而驱动AD 后的兴奋性毒性信号传导和神经元损伤及死亡。减少A1 型星形胶质细胞释放神经毒性D-丝氨酸可能对轻度至晚期AD 具有治疗作用［12］。XU 等［42］的研究表明，通过抑制神经毒性A1 型星形胶质细胞的激活，具有治疗AD 的巨大潜力。

6.2 A1 型星形胶质细胞与PD 在过表达α-突触核蛋白的小鼠中，α-突触核蛋白的积累诱导星形胶质细胞释放趋化因子和炎性细胞因子，表明α-突触核蛋白诱导的反应性星形胶质细胞在PD中是有害的［43］。在黑质中单次给药LPS 可触发局部急性神经炎症，包括神经毒性A1 型星形胶质细胞的激活，并最终导致黑质纹状体系统的神经退行性变和感觉运动缺陷［44］。NLY01 是一种有效的GLP1R 激动剂，YUN 等［13］的研究表明，NLY01 是通过抑制A1 型星形胶质细胞的激活，从而在PD 中发挥神经保护作用。

6.3 A1 型星形胶质细胞与HD 研究表明，A1 型星形胶质细胞在HD 中可以引起神经元死亡［4］，且在HD 患者死后组织中存在大量A1 型星形胶质细胞［4］。啮齿动物服用3-硝基丙酸（3-Nitropropionic acid，NPA）会导致纹状体退化，并伴有HD 运动神经功能障碍。在NPA 诱导的HD 相关神经功能障碍和神经元死亡出现之前，NPA 可显著增加纹状体、海马和小脑中C3α 以及细胞因子IL-1α、TNFα和C1q 的水平，且NPA 主要诱导大鼠小脑最近系统发育区A1 型星形胶质细胞的生成［45］。然而，DIAZ-CASTRO 等［14］认为几乎没有证据证明A1 型星形胶质细胞是HD 中神经元死亡的原因，因为星形胶质细胞中发生的反应性相关变化仅存在于晚期，不太可能导致早期HD。因此，在HD 中，早期星形胶质细胞的变化是否会导致突触损失仍有待进一步研究。

6.4 A1 型星形胶质细胞与ALS IZRAEL 等［46］认为，在ALS 疾病的早期阶段，星形胶质细胞向具有神经保护特性的A2 型转化；在疾病发作和运动缺陷症状出现时，星形胶质细胞获得具有神经毒性的A1 型。在ALS 患者及ALS 小鼠模型中，疾病进展晚期的星形胶质细胞获得A1 反应性星形胶质细胞表型［4］。在G93A-SOD1 小鼠模型中抑制A1 型星形胶质细胞可减缓ALS 的疾病进展［47］。

6.5 A1 型星形胶质细胞与MS 在MS 患者及EAE 小鼠中，星形胶质细胞表现为A1 型［4，15］。在EAE 小鼠中，NLRP3 炎性小体激活，并通过其下游的IL-18 激活NF-κB 信号通路，诱导星形胶质细胞向A1 型极化，从而导致认知功能缺陷；MCC950 通过抑制A1 型星形胶质细胞的激活，减少海马神经元损伤并改善认知功能［15］。抑制A1 型星形胶质细胞的激活，能够改善BBB 的功能，抑制炎性细胞浸润，从而防止MS 后的脱髓鞘和轴突丢失，改善EAE 的疾病严重程度［48-49］。综上所述，A1 型星形胶质细胞促进神经退行性疾病的发生和进展，因此，靶向A1 型星形胶质细胞有望成为治疗神经退行性疾病的新策略。

7 总结和展望

本文阐述了A1型星形胶质细胞在多种CNS 疾病中的作用和机制，并表明通过各种技术手段来抑制A1 型星形胶质细胞的生成、干预其增殖及活性可能是未来治疗CNS 疾病的方向之一。A1/A2型星形胶质细胞及其特异性标志物的发现可以很好地解释反应性星形胶质细胞的异质性以及它与CNS 疾病的关系。但胶质细胞在CNS 疾病中的关键作用以前一直未得到充分认识，随着A1 型星形胶质细胞在CNS 疾病中的研究大量出现，针对这种表型的研究正成为一个新兴的领域，以往在各种CNS 疾病中以神经元为中心的观点受到了挑战，同时神经元-神经胶质细胞、神经胶质-神经胶质细胞之间的相互作用也逐渐受到重视。靶向或阻断星形胶质细胞极化可能成为治疗多种神经退行性或神经炎性疾病的有效策略，因此如何开发不妨碍胶质细胞在CNS 中发挥基本生理功能的胶质靶向疗法是未来的一个重要研究方向。但目前为止，关于A1/A2 型星形胶质细胞的研究都是基于细胞和动物实验，缺乏临床实验证据。此外，反应性星形胶质细胞表型及其在CNS 疾病损伤与修复过程中的功能与意义还未完全阐明，需要进一步研究探索。

【Author contributions】XU Wei and PENG Tao wrote the article.ZENG Mengliu revised the article.All authors read and approved the final manuscript as submitted.